有源功率因數(shù)校正（Power Factor Correction, PFC）技術(shù)是抑制諧波電流、提高功率因數(shù)的有效方法，也是近年來電力電子技術(shù)領(lǐng)域中的研究重點(diǎn)。通常PFC技術(shù)包括單級型和兩級型兩類，單級PFC變換器采用一級功率變換電路同時完成PFC與DC-DC變換的功能，具有簡單、高效等優(yōu)勢，是PFC技術(shù)的重要發(fā)展方向。

目前，關(guān)于單級PFC技術(shù)的研究大多集中在中小功率領(lǐng)域，中大功率領(lǐng)域的研究相對較少。在中大功率領(lǐng)域，變換器通常采用全橋式拓?fù)?。其中，隔離全橋升壓式結(jié)構(gòu)具有開關(guān)管軟開關(guān)、輸入輸出電氣隔離以及不存在橋臂直通問題等優(yōu)勢，非常適合在隔離DC-DC變換器以及單相、三相單級PFC變換器中采用。

然而，隔離全橋升壓式結(jié)構(gòu)本身存在一個必須解決的問題：由于功率變壓器一次側(cè)漏感的存在，各開關(guān)管在關(guān)斷瞬間承受很大的電壓尖峰，嚴(yán)重降低了該類變換器運(yùn)行的可靠性。

為了解決該類型變換器的電壓尖峰問題，國內(nèi)外研究人員進(jìn)行了大量的研究工作，并提出了多種有效的抑制方法。已有的各種抑制方法大致可分為有源方式和無源方式兩類。

代表性的有源抑制方式主要有：有學(xué)者采用了基本的單開關(guān)有源鉗位電路，該方案是目前應(yīng)用最多的抑制方法；有學(xué)者針對單相PFC變換器提出了一種改進(jìn)的有源鉗位電路；有學(xué)者介紹了一種雙開關(guān)鉗位電路；有學(xué)者分別采用了一種單開關(guān)輔助電路。

采用上述各種方法后，各類變換器的電壓尖峰得到了有效抑制。然而，這些有源抑制方式存在著相同的缺陷：因額外引入一個（或多個）功率開關(guān)，增加了控制電路的復(fù)雜程度，從而降低了整個系統(tǒng)的可靠性。

目前典型的無源抑制方式主要有：

• 有學(xué)者利用RCD吸收電路來抑制電壓尖峰，然而，采用該方法將會增加整個系統(tǒng)的損耗；
• 有學(xué)者通過在變壓器一次側(cè)增加LC諧振環(huán)節(jié)來抑制電壓尖峰，該方法同時還實(shí)現(xiàn)了開關(guān)管的軟開關(guān)，但是諧振環(huán)節(jié)的能量不能向輸入或輸出側(cè)傳輸，因此同樣增加了整個系統(tǒng)的損耗；
• 有學(xué)者在單相、三相PFC變換器中分別采用無源緩沖電路來抑制電壓尖峰，該方法具有簡單、可靠、無需控制的優(yōu)勢，然而由于緩沖電路中LC參數(shù)設(shè)計的限制，使得電壓尖峰無法徹底消除，另外還增加了功率器件的電流應(yīng)力；
• 有學(xué)者針對單相PFC變換器提出一種多級無源緩沖的電壓尖峰抑制策略，然而由于結(jié)構(gòu)的特殊性，該方法并不適合三相PFC變換器。

與有源方式相比，各種無源抑制方式具有結(jié)構(gòu)簡單、無需控制的優(yōu)勢。目前已有的無源抑制方式大多針對該類隔離DC-DC變換器以及單相PFC變換器提出。為此本文針對該類三相PFC變換器，提出一種基于無源鉗位方式的電壓尖峰抑制策略，所提方法也可用于該類隔離DC-DC變換器，但不適用于該類單相PFC變換器。與已有的無源緩沖方式相比，采用所提方法的三相單級PFC變換器具有電壓尖峰抑制效果好、功率器件電流應(yīng)力小的特點(diǎn)。

圖11 實(shí)驗(yàn)平臺照片

總結(jié)

本文提出一種基于無源鉗位方式的三相單級全橋PFC變換器電壓尖峰抑制策略。采用所提方法后，PFC變換器的電壓尖峰被鉗位電路中的兩個電容吸收，并且電容吸收的能量在一個充電周期內(nèi)由鉗位電路直接傳輸至負(fù)載并釋放。在所提鉗位電路中，由于集成變壓器一次繞組的耦合作用，在變換器的運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)了兩個吸收電容電壓的自然均衡。

理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與已有的基于無源緩沖方式的電壓尖峰抑制策略相比，采用所提無源鉗位方式時的PFC變換器具有電壓尖峰抑制效果好、開關(guān)管附加電流應(yīng)力小的特點(diǎn)，因此所提方法更適合在三相單級全橋PFC變換器中應(yīng)用。